塔里木盆地HT区块难钻白云岩地层提速技术_盛勇.pdf
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1、塔里木盆地 HT 区块下奥陶寒武系白云岩较厚,地层抗压强度大,含燧石结核或硅质云岩,机械钻速低,严重影响油气藏的勘探进程。基于岩石力学实验、地层可钻性分析,得出白云岩地层属于难钻地层,提高钻头抗研磨性和抗冲击性是该钻头设计的关键。采用多棱型非平面切削齿作为钻头切削元件,使用双摆提速工具与钻头连接,研发了提高钻头抗冲击和抗研磨性、降低钻头涡动的提速技术。该提速技术在下丘里塔格组地层进行了现场试验,与邻井同井段同岩性相比,平均机速提高 10%,研究成果可为同类难钻白云岩地层的提速提供指导意义。关键词:关键词:难钻白云岩;钻井提速;地层可钻性;PDC 钻头优化;降低涡动 HT 区块下奥陶-寒武系白云
2、岩较厚,冲击性强,产生冲击和涡动损伤,导致钻头进尺短、机械钻速低。目前 HT 难钻白云岩地层缺乏有效的提速技术手段。通过开展下奥陶-寒武系白云岩地层可钻性评价研究、个性化钻头研发、提速工具适应性分析,为提高 HT 难钻地层机械钻速、缩短钻井周期提供新的技术手段。1 岩石力学实验及结果分析 1 岩石力学实验及结果分析 1.1 多级三轴应力分析 取 HT2 井岩样 HT_001_1,根据各围压下的应力应变曲线,得出多级三轴应力测试结果,最终获得岩样的三轴抗压强度及内摩擦角。测试结果表明,在 6497.3m 的深度下,该地层三轴抗压强度为 242.8MPa,内摩擦角为 55.212,内聚力为 10.
3、939MPa,抗压强度高,内摩擦角大,地层硬度高,可钻性差。1.2 薄片分析 通过薄片分析(图 1)可以发现 HT_001_1 岩样镜下为泥粉晶结构,岩石成分以粒径小于 0.06mm 的泥、粉晶白云石为主,次为泥质、硅质及少量方解石。白云石呈自形、半自形菱形。方解石局部分布,呈泥晶。硅质量星散状分布。陆源碎屑以粉砂级石英、长石为主。泥质以粘土矿物为主,均匀分布。见少量生屑,呈针状。孔隙以溶孔为主,次为晶间孔及成岩微缝。岩石总体被溶蚀较强,形成溶孔,新生矿物(白云石为主)形成,晶间孔发育。经矿物成分分析,其主要为白云石为主,占比达 83%,其次为泥质、硅质及少量方解石。(a)泥粉晶结构,孔隙以溶
4、孔为主(-)(b)泥粉晶云岩,白云石呈自形、半自形菱形(+)图 1 HT_001_1 岩样薄片分析结果 图 1 HT_001_1 岩样薄片分析结果 1.3 岩石力学结果分析 白云岩岩心主要成分以泥、粉晶白云石为主,白云石含量高,泥粉晶结构,切削齿很难吃入地层,易产生粘滑;弹性模量范围从 3448GPa,三轴抗压强度高(242.8MPa),冲击性极强,导致钻头切削齿极易产生冲击损伤;内摩擦角大(55.212),三轴抗压强度对泥浆密度敏感,在埋藏较深时三轴抗压强度大。从地层可钻性评估,白云岩地层属于难钻地层。2 难钻白云岩地层可钻性分析 2 难钻白云岩地层可钻性分析 HT2 井位于巴楚断隆东南缘,
5、钻探目的层为深层寒武系盐下白云岩储层。三开 311.15mm 井眼钻遇鹰山组、蓬莱坝组、下丘里塔格组。通过地层双指数可钻性分析,进入鹰山组后,地层研磨性明显增强,冲击性较小,单只钻头进尺216m,机速 3.57m/h,地层可钻性和钻头指标较好。进入蓬莱坝组后,由于白云岩岩性致密,且钻遇燧石结核,地层冲击性突出,非均质性增强,可钻性极差,由此导致钻头冲击DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.11376 盛 勇:塔里木盆地 HT 区块难钻白云岩地层提速技术 破损严重,钻头进尺和机速指标较低。进入下丘里塔格组后,研磨性和非均质性均较突出,但相对于蓬莱坝组冲击性稍好,反映于钻
6、头进尺和机速的指标稍有提高,单只钻头进尺92m,机速 0.96m,相应指标仍待提高。因此提高钻头抗研磨和抗冲击性能是该井段钻头设计的关键。3 白云岩地层提速技术方案 3 白云岩地层提速技术方案 3.1 个性化钻头研发 基于白云岩地层可钻性分析,白云岩地层个性化钻头0设计方向为提高钻头抗冲击和抗研磨性能,通过轮廓设计和布齿优化,提高钻头的稳定性和攻击性。本方案采用创新型的多菱形非平面切削齿2-3作为高抗研磨、抗冲击的新型切削元件,并于肩部布置锥型齿,通过深脱钴工艺技术等,结合提速工具,有效减轻涡动、提高稳定性,并最终达到提速要求。针对蓬莱坝组、下丘里塔格组白云岩地层的提速,设计出个性化 PDC
7、钻头 12 1/4ST616ZX 钻头(如图 2),其钻头属性表如表 1 所示。表 1 12 1/4ST616ZX 钻头属性表 表 1 12 1/4ST616ZX 钻头属性表 名称 参数 特征 刀翼数量 6 主切削齿尺寸 16mm(60)保径齿尺寸(齿数)16mm(10)后排齿尺寸(齿数)16mm(31)喷嘴数量 6 保径长度 3in 排屑槽面积 65in2 API 接头 6-5/8 REG 钻头连接长度 380mm 上扣扭矩 6586KNM 钻压 80200KN 转速 50160RPM 排量 4070LPS 双排齿设计,提高钻头布齿密度和金刚石覆盖率;采用 16mm 多棱齿,提高钻头整体抗冲
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